[发明专利]一种80‑150kg宝石单晶的自动生长控制方法

摘要

本发明涉及一种宝石单晶生长控制方法，特别是涉及一种80‑150kg宝石单晶的自动生长控制方法。该方法解决了蓝宝石单晶生长在热场主降温区域不能随生长面主散热区域移动的问题。本发明利用二段式热场，设置上、下加热器功率降速比例因数R的起始值、结束值以及自动控制时间T，比例因数R会在设定的时间T内通过PLC计算控制满足方程R（T）=Acos（πT/600）+B，由R1逐渐转变至R2。本方法通过自动控制上、下加热器功率降速比例因数R，调节热场的主要散热温区，可完美配合晶体生长面的移动，同时调节温度梯度更适合晶体生长，使得晶体产出量高，晶体良率高，由于主要散热温区一直配合着结晶潜热生成区域，使得散热顺利，大幅降低生长周期。

主权项

一种80‑150kg宝石单晶的自动生长控制方法，其特征在于，方法步骤如下：1）加热熔料及引晶：在二段式热场结构的长晶炉中，加热器采用上下两段加热器完成引晶，所述上下两段加热器采用各自独立功率控制器；2）加热器参数设定：设定上加热器功率降速/下加热器功率降速的比例因数R，比例因数R自动控制的起始值R1为9.5~10.5，比例因数R自动控制的结束值R2为0.09~0.2；自动控制时间T为200‑300h；所述比例因数R由R1转变至R2的过程满足方程R（T）=Acos（πT/600）+B，式中A取值范围9.0~11.0，B取值范围0. 09~0.5；3）进入自动控制阶段：长晶炉内安装的用于测量晶体重量的电子称重器，将晶体重量及生长速率信号发送到PLC控制系统，PLC计算出适合晶体生长的总功率降速，再将总功率降速按设定的比例因数R1分配给上、下两个加热器的功率控制器，两个功率控制器按分配的功率降速控制对应加热器，自动控制初期，晶体生长面刚刚稳定，位于上加热器温度控制区域，生长面上结晶潜热的散发主要受上加热器功率变化的控制，此时设置的R值较大，上加热器的功率降速要远大于下加热器的功率降速，便于结晶潜热的散发，同时下加热器功率降速较低可继续维持晶体良好生长所需的温度梯度，维持生长面形状；随晶体生长，生长面下移至上、下加热器中间，R值受PLC自动控制逐渐变小，上、下加热器功率降速逐渐相同，共同完成生长面结晶潜热的散发；晶体生长进入后期，生长面已移至近坩埚底部，结晶潜热的散发主要由下加热器控制区域的温度变化来控制，此时的R值已由PLC自动控制变小，下加热器的功率降速要远大于上加热器的功率降速，符合生长面散热的需求，维持生长面形状，同时上加热器功率降速放缓，有助于晶体轴向温度梯度的减小，防止晶体开裂，使晶体的良率达88%。